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虚拟电厂供应链成关键
储能慎防资源错置
[作者 陳念舜]   2024年05月29日 星期三 浏览人次: [967]

由於今年花莲强震当下适逢日间时段,得以有抽蓄水力、储能系统支援,幸免重演当年921震後全台大跳电历史。却在短短不到两周内的傍晚,便发生北台湾燃气、抽蓄发电机组陆续跳脱而濒临限电,甚至须向企业高价回购电力事件。因应目前台电已亏损连连,未来若还想透过储能稳定电网,势必要强化如虚拟电厂产业链等,才能真正实现永续维运。


回顾今年4月3日於花莲发生??氏规模7.2强震之後,除了深度及规模仅次於同属台湾7级以上的921地震之外;加上因为电力稳定关??国家的经济发展,事发在上午日间时段、震央并非电力基础设施集中处,得以幸免发生如当年921震後全台湾大规模停电,而重演竹科半导体产业严重损失的历史。


包括在震後2分钟的8点整,全台运转中的燃煤与燃气发电机组便有8部跳机停转,供电能力瞬间短少320万??、供电量骤减约8%;供电频率随之快速下降,逐渐接近机组卸载的限值,所幸有调频备转的民间储能系统(AFC)自动侦测电网频率,旋即於1秒内放电并连接电网,提供了26.1万??电力;以及後续10秒内增加含台电与民营共51万??容量电池,相当於中火一部机组於两分钟内加入供电,让电网频率回升,避免触发低频卸载。


台电也在之後30秒内调度日间太阳能抽蓄水力储能的电厂改为放水发电模式,让10分钟後的系统电力拉高到128.1万??,直到8点40分後才逐渐下降;加上燃气电厂快速反应升载发电,超过150万??的供电量进入电网後,终於在事发後半小时内的8点30分恢复正常供电。也被归功於近年来配合再生能源发展的并网型储能系统「神救援」。



图一 : 回顾今年花莲过後,由於事发在上午日间时段、震央并非电力基础设施集中处,得以幸免发生如当年921震後全台湾大规模停电历史。(source:台电)
图一 : 回顾今年花莲过後,由於事发在上午日间时段、震央并非电力基础设施集中处,得以幸免发生如当年921震後全台湾大规模停电历史。(source:台电)

藏电於民不计成本 终非长远之计

孰料事隔不到两周的4月15日,就因为震後导致台电多部机组故障检修,即使日间还预估尖峰备转容量率约16.08%的绿灯。但到了傍晚日落的用电第二(夜)尖峰到来,号称可提供700万??~800万??的太阳光电陆续归零之後,接近5时42分的大潭电厂CC8大型燃气发电复循环机组便率先跳脱,损失约110万??电力;约44分後就连被用来储能救急的明潭G4、G5、G6共3部抽蓄水力发电机组也接力跳脱,再损约80万??电力。


面对不到1小时内损失多达182万??供电的巨大冲击,也导致夜尖峰备转容量一度降至2.8%的警戒橘灯。最後还是台电动用了所有手段,包括全系统降压3%供电、起动核电厂紧急发电系统,连极度缺水的石门水库也加入发电,帮先前跳脱的机组争取到重启的时间。


最後甚至要拜托产业少用电,并祭出时间电价、辅助服务,以及透过需量反应竞价机制,紧急加价两成达到最贵的每度12元,向半导体、电子、石化、钢铁业等10多家高压用电大户回购电力,启用自备的紧急柴油发电机,估计共花费约新台币2,400万元,才避免了让北台湾分区供电,甚至波及全国电网稳定的危机。


随着台电刚宣布不堪亏损,自四月起调涨电价并争取政府千亿元补助,未来仰赖多元的储能系统「藏电於民」,再由全民买单的应急方式终非长远之计。该如何联合各方分散能源用於电力调度、强化电网韧性,打造「虚拟电厂」产业链,并维持成本竞争力才是关键!



图二 : 未来该如何联合各方分散能源用於电力调度、强化电网韧性,打造「虚拟电厂」产业链,并维持成本竞争力才是关键!(source:Enel X)
图二 : 未来该如何联合各方分散能源用於电力调度、强化电网韧性,打造「虚拟电厂」产业链,并维持成本竞争力才是关键!(source:Enel X)

台日产学研携手 加速虚拟电厂产业化

近期由工研院、台湾电力与能源工程协会、台电共同举办「虚拟电厂发展趋势与应用案例研讨会」,即邀请日本东芝、日本三菱综合研究所、东京电力公司、台电、Enel X义电智慧能源、安瑟乐威等产学研专家进行交流与对谈,期盼利用他山之石可以为错,打造虚拟电厂完整的生态链,协助供电稳定并提升电网韧性。



图三 : 近期由工研院、台湾电力与能源工程协会、台电,共同举办「虚拟电厂发展趋势与应用案例研讨会」。(source:工研院)
图三 : 近期由工研院、台湾电力与能源工程协会、台电,共同举办「虚拟电厂发展趋势与应用案例研讨会」。(source:工研院)

除了开发新能源,同时运用「整合资源规画」(Integrated Resource Planning;IRP),找出最隹电力资源配置与优先使用次序。因此虚拟电厂技术更显重要,能利用电力交易平台及资通讯科技调度再生能源、需量反应、储能等多个分散能源,整合成为可调控电力,并提供电力系统辅助服务,稳定电网频率,於有电力需求时备援。



图四 : 虚拟电厂技术因此更显重要,能利用电力交易平台及资通讯科技调度多个分散能源,整合成为可调控电力,并提供电力系统辅助服务。(source:工研院)
图四 : 虚拟电厂技术因此更显重要,能利用电力交易平台及资通讯科技调度多个分散能源,整合成为可调控电力,并提供电力系统辅助服务。(source:工研院)

工研院院长暨台湾电力与能源工程协会理事长刘文雄指出,目前虚拟电厂在德国、日本都已行之有年,德国政府已透过法规政策与资金??注,推动虚拟电厂示范区,逐步建立出可行的商业模式。如德国Next Kraftwerke就整合超过上万个分散能源,截至2022年4月已累计发电容量超过10GW,接近9座大型电厂发电量。


日本也拥有相当数量的住宅储能系统,可提供发展虚拟电厂重要基底,有时甚至要人工弃光、风发电(curtailment)。自2016~2020年推动虚拟电厂示范计画,已成功吸引德国Next Kraftwerke等国内外厂商投入。目前东京、关西电力公司也致力於整合更多住宅能源,并提升虚拟电厂调度精准度,以创造更多电力资源。


台湾也正逐步推行虚拟电厂,如Enel X义电智慧能源就与gogoro合作,将全台湾逾千个电池交换站聚合成虚拟电厂;工研院现也开发出「聚合多元资源的虚拟电厂技术」,已整合连锁商场、学校中的空调、太阳能等资源叁与台电辅助服务市场,为供电稳定贡献心力。


台电总经理王耀庭则认为,随着再生能源、储能、需量反应措施及自用发电设备等分散式电力资源持续发展,虚拟电厂已成为国际电业可整合运用的关键商业模式。台电自2021年便启用电力交易平台以实践虚拟电厂,上线截至今年4月,已有超过80家民间业者叁与容量近1,350MW,台电也将持续借镜各国经验,促进相关研究发展落地实现,共同协助全台湾电力系统稳定。


日本东芝能源系统株式会社首席技监小?田昌幸也指出,东芝自2017年就开始投入节能聚合服务(Negawatt Aggregation Service),并於2022年推行活用AI的再生能源聚合服务(Renewable Energy Aggregation Service),协助业者、电力机构及需求端等客户进行虚拟电厂前期建置;运用自有气象预报系统,估算厂商的太阳能设备在不同时间带的发电量,结合电力市场价格预测及其自动市场交易的最隹化,能为叁与虚拟电厂的厂商创造最大效益。


东京电力控股株式会社经理浜田拓即表示,目前虚拟电厂同样可应用在电动车充放电。例如东京电力在2018~2020年专案中,成功开发了电动车远端控制充放电系统,并且正在考虑与其他国家的电力公司合作,将电动车应用在虚拟电厂的资源当中。日本三菱综合研究所首席顾问长谷川功也指出,虚拟电厂是在2011年东日本大地震後,国内重要的电力改革一部分,政府也积极鼓励国内大型电力机构透过官民合作,落实虚拟电厂发展。


台电表前储能一波三折 政策尚待市场成熟

如今可将台湾储能系统以「电表」为界划分:一是安装在发电端及电网端的「表前储能」(Front the Meter;FTM),用来直接调度电力稳定电网、另一是安装於用户端的「表後储能」(Behind the Meter;BTM),让用户端根据自身需求以调节用电,包括削峰填谷、备援电力、光充储等,应用面更广泛。


其中「表前储能」主要是为稳定电网,台电不仅自建储能场,也提供优渥的容量费率向民间采购储能资源。如依经济部原订的储能建置目标是2025年规划建置1.5GW,包含发电端0.5GW、电网端1GW,後者分为「功率型」、「能量型/复合型」储能服务,容量目标对半分为500MW,业者收益获利则主要来自於「容量、效能」费率。


前者负责稳定频率,又分为「sReg(静态调频备转)」,当电力系统频率过低,可以快速单向放电;「dReg(动态调频备转)」透过快速双向充放电,维持系统频率稳定,亦被称为短效型储能。後者强调稳定频率+电能转移,「E-dReg(增强型动态调频备转)」除了可双向调节系统频率,在尖/离峰时储存多馀电力,并执行大量能量转移,配合台电调度所需充/放电;或执行「削峰填谷」,提升能源使用的效率与环境友好性,而被称为长效型储能。


由於将人工转为系统自动调频操作,让调度人员可免疲於奔命,而成为电力交易平均结清价格最高的产品。但初期因受理业者申请??线未设上限,短短2年便超过2025年的目标,导致市场过热及价格崩盘,台电已陆续停止dReg、E-dReg新储能申请。



图五 : 台电电力交易平台商品。(source:台电)
图五 : 台电电力交易平台商品。(source:台电)

民间聚焦表後储能 机电大厂掌握转型契机

至於「表後储能」虽占全球储能市场仅2~3成,已是储能产业成长最快的领域,未来希??将在虚拟VPP、表後储能及光储,将有助於企业实现用能转型,达到供电自主,朝向净零减碳之路迈进。


例如东元集团近年来也发表与虚拟电厂相关的多项管理平台、解决方案与节能设备,为用户提升电力的经济价值,同时强化电网韧性,形成供需双方的互利双赢。其中电力管理平台从最小家户型,到商家、商场、工厂等都是服务对象,只是提供的工具与内容不同。例如家户型最大用电量是空调、商办还包含冰水机等其他设备、工厂还需要净零减碳、能源管理、储能等。


所提出的「需量反应负载管理解决方案」,系针对尖峰耗电量大的商办大楼或是工厂,在与台电签定经常契约容量後,由东元电力聚合服务平台的能源调度管理,为业者代操及监管契约容量,分析用电行为及订定最适合的用电需量,并预测负载用电,避免用电超过契约容量。



图六 : 东元於2023年新成立创储事业发展部门,积极投入太阳能案场与储能系统的建置维运,且正与国际大厂合作建置光储合一案场。(source:东元)
图六 : 东元於2023年新成立创储事业发展部门,积极投入太阳能案场与储能系统的建置维运,且正与国际大厂合作建置光储合一案场。(source:东元)

由东元综合研究所最新研发的「电力聚合服务平台」,则提供用户「能源调度管理」、「用电行为分析」、「用电负载预测」、「时间电价管理」、「契约容量超约管理」、和「电力交易代操服务」等6大项服务,透过资通讯技术进行电力调控,解决客户电力缺囗并降低用电成本以增加收益。东元举出3种情境,都是采用电力聚合服务平台後可以解决的困扰及问题:


1. 再生能源填补用电缺囗:东元可以为契约户规划排程,於叁与需量反应时,使用太阳光电填补用电缺囗。


2. 储能系统对应台电需量反应及时间电价:当白天日照充足时,太阳光电可充满储能电池,於需量契约时间、或是尖峰电价时间,排程放电使用,多馀电力仍可储存备用。


3. 发电预测:若预知隔日阳光日照不足,会规划排程让储能电池可於离峰电价时间加上日照时间充电,以供尖峰时段用电或对应抑低契约容量。


东元电机总经理范??进一步指出,由於分散式电网最大问题是不稳定性,且随着用电与电力调节需求增加,虚拟电厂将成稳定供电和提升用电效率的解方,目前还在推广阶段则首先应用在集团内部与家户型台电示范案运作。


东元於2023年新成立创储事业发展部门,积极投入太阳能案场与储能系统EMS平台的建置维运,至今已累积建置100MW储能系统、太阳能发电厂20MW,正与国际大厂合作建置光储合一案场,成为台湾首批光储案件之一。今年将再推出新品,提供工商业者一体化储能系统100KW/215kWh,可以为工商业者削减尖峰负荷,也可用於紧急电源以提供断电时使用,降低市电需求,进而实现用户对於电费的管理。


透过东元的各项需量反应负载管理解决方案和监控服务平台,契约用电户的「时间电价管理」、「超约管理」、「电费经济化管理」都可以获得最好的规划与监控,不但提升用电效率、将收益最大化,也可拥有更优化的用电品质、并且达到强化电网韧性的目的。


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